胜过佳能A70！巧用扫描仪DIY数码相机

原文链接：http://www.sentex.net/~mwandel/tech/scanner.html

我热切地希望拥有一个品质优良的真正的数码相机，但是除非他们的价格降到和玩具一样地低，否则我根本买不起。但是在我买得起数码相机之前，我渴望自己有一个类似于数码相机的东西可以让我成天摆弄。



于是我开始用我的平板扫描仪来试试看能否捕捉周围的风景图象。我把扫描仪拿在手中，当它扫描的时候，我不停地旋转它，这样使得扫描仪上的定焦距镜头可以从周围采光。这就是我的第一次实验尝试。



我用平板扫描仪进行的第一次摄影尝试



色彩的平衡感看起来有一点扭曲，但是这样使得它更接近于真实。焦点毫无疑问是偏了，因为镜头定焦在玻璃平面上。

我的扫描相机从上面看的样子



从结果看起来把扫描仪改装成数码相机还是有希望的。我知道有的人假设用一个镜头使图象在平板扫描仪的平板上定焦，这样扫描仪就能在焦点平面成像。但是我认为这样不好，因为这需要一个环形聚光镜或者平面玻璃去分散成像平面上的光线，从而浪费大部分的光线。



相机机械装置



我的方法是基本上拆烂了一个价值100美元的扫描仪。我把扫描仪拆开，把所有的电子零件，电荷耦合器件（以下简称为CCD）影像传感器和步进马达装置全部取出，然后把它们放进一个新建的机械装置之中。通过旋转CCD和镜头装置去扫描它的周围环境，而不是用一张纸。





我用了一个从单反相机上弄来的焦距为35MM，光圈为F2.8的镜头作为我扫描相机的镜头。这个镜头非常的陈旧，它甚至比我还用着的Pentax screwmount还要早。这些镜头没有抗反射外层，而且是完全手动光圈——甚至比松开快门时自动减速光圈还要落后。它是完全手工操作的，因此非常适合我的扫描相机。

旋转镜头移动架的机械装置



我在一个木板上切了一条细长的口，把镜头装在CCD上。在反面，我用线性CCD把扫描仪的PCB固定住。在木板前面，我把一个镜头盖（上面切了一个小孔）固定住，然后拧紧镜头。令人惊讶的是，根据我大致的计算，镜头在CCD右边．002’’之内，聚焦范围是正确的。经过细致地打磨修正了其他的错误。



镜头和CCD装置围绕两个金属点旋转。这两个金属点从木板的顶端和底部扎进小孔之中，并且是螺丝帽的顶端，因此非常好调整。


扫描拍摄的方式使得远景看起来比直线图更加的象“圆柱形”。但是对于大多数的拍摄来说，这种效果是不引人注目的，并且人们也不讨厌。要得到直线性透视的效果，当镜头被固定在一个位置的时候，我就不得不横向移动CCD，而这用简单的方法是做不到的。



我最初的打算是弄一个精细的齿轮传动装置来完成传动的工作。但是当我仔细地检查了我收藏的各种齿轮之后，我发现竟然找不到一种合适的齿轮来完成这个任务。这样，为了与这个35MM焦长的镜头相配，我一次扫描旋转的角度不能超过60度。因此，最好的办法就是用扫描仪上的锯齿皮带在传动架的后面拉一下。

扫描仪减速滑轮和我加上的另一个特殊的齿轮



因为我照原样使用了扫描仪上的所有电子元件（除了移动照明光相以外），所以我只能用扫描仪自带的软件来对它进行操作。这个软件对于这个任务来说不是最好的，但是我并不准备花100个小时的时间先装备它然后再写一个新的程序软件。提醒你一下，做这种事情不是完全不可能的。结果表明这种便宜的扫描仪（和其他很多的一样）完全没有内置智能，每一个数据都要通过打印机端口，而且电脑必须使扫描顶端返回到静止状态。因此，基本上所有的这种软件在计算机上都无法运行。（因此，比较那些有效的编码来说，驱动程序或许是设计比较差的）



颜色会集与影像比例



旋转步进马达每一步的比率是非常重要的。黑白图象中的错误可以通过拉伸合成来进行修正。但是对于彩色图片来说，因为程序需要图象沿着CCD横向移动，这是分档器的一个功能，如果图象不沿着CCD横向移动，那么彩色图片的颜色就都是错误的。这是因为CCD有三个独立的传感带，分别是对红色、绿色和蓝色的。软件从不同的扫描点读取各个颜色并且把他们合成为正确的颜色。如果图象不是以正确的速率沿着CCD横向移动，那么这种合成就是不精确的。


我发现的另外一个事情是，为了得到正确的颜色合成，我必须把他们组合起来产生一个镜像。这是因为电子光束在原来的扫描仪里面有很多反光，并导致镜像干扰CCD工作。为了让程序能够正常地工作，我建立的装置使得镜头逆着它以前扫描的方向旋转。这会产生一个镜像，但是这类照片在照片编辑器里很容易修复。



为了使这个转动架旋转，我开始只是拉着扫描仪的皮带使它直接绕着齿轮，就像它以前在扫描仪里一样，然后让这个带子拉着转动架的后面旋转。但是这样每一步产生了过多的旋转，因为空间和带子的长度都有限制，我不能让臂轴更长一些来减少旋转的角度。因此，我再去检查我收藏的各种齿轮，我发现了一个齿轮非常适合于已经在传动装置上的皮带。这给了我创造了一个有效的减速装置。为了达到完全合适的转动率，我通过检查我扫描的圆形物体的失真情况计算我需要的比率，然后按照需要的直径在我的车床上制作一个精确的滑轮。我把带子绕在这个滑轮上并拉着它运转。这种完全是摩擦式的，但是因为带子只在两点上旋转转动架，因此滑动并不会造成问题。

我拍摄的一张移动着的车库门的照片



在带子的另一头，我放了一个张紧轮，这个张紧轮用的当然就是从扫描仪上取下来的。在带子的中央我也放了一个张紧轮，这样使得带子后部环绕的时候更接近一个弧形，而且，使得转动架旋转的速率从整体而言同分档器旋转的节奏更加相配。如果你不明白这是为什么，不用担心——大多数人都不明白。



这个数码扫描相机的速度和原来的扫描仪的是一样的，也就是说不是很快。我开启关闭车门的时候拍摄了上面的这张照片。图片看起来就像车门真的有什么问题一样。车门以前曾经被卡住或者滑出轨道，但是从来没像照片里反映的那么糟。


为了拍一个真正的近摄，我在镜头后装了一个近摄接圈然后进行拍摄。照片分辨率超过1000dpi。要进行这种拍摄，需要花很长时间来准备。但是一旦准备好了，拍摄不同事物的照片就是一件很容易的事情。（它是扭曲的，就像在暗室里为了得到“完美”的样片而扭曲的一样）

一个特别的近摄——在镜头后用了一个近摄接圈



颜色平衡和CCD的问题



CCD和软件很显然都是为了扫描仪的操作而设计的，它已经修正了暴光和亮度的问题。在扫描仪中，物体都是被同样的荧光管照亮的。而现实生活中事物的相容性差一些。结果表明CCD对于图象中的特殊亮点并不是处理地很好，如果碰到一个亮点，图象上就会产生一道条纹。确切的原因我不知道，但是无论是A/D转换器或者CCD被装上时，扫描输出结果总是这样。



另一个问题是CCD的颜色平衡系统是用一个冷白荧光灯泡来开始工作。当物体被一个冷白荧光灯泡照亮的时候，颜色变得非常真实。这是因为CCD对于红外线非常敏感，而且没有抗红外线滤光镜。因此CCD吸收所有的红外线，并且没有进行颜色处理时得到的图象看起来更真实。黑白图片用白炽灯光照明更好，虽然CCD吸收了比可视光更多的红外线。任何东西，比如用黑阳极化铝做成的，显示出灰色的光线而不是黑色的。而一些黑色的薄织物人的视线可以穿透一些，因此这可以稍微解释用红外线摄像头可以穿透衣服的原因。


虽然总体而言，足够的扭曲可能可以得到一些象素为2000×2000的非常清晰的图片。低于5000美元的数码相机是没法达到这种分辨率的，而我的相机仅仅花了100美元不到。



想看更多的我用数码扫描相机拍出的作品，可以去我的logo machine网页上去看。



想了解更多的消息的话，http://www.rit.edu/~andpph/text-demo-scanner-cam.html是一个比较好的地址。



2000年七月更新



在弄好了这个奇妙的机器后的一年之内，我还是买了一个数码相机。我的第一个数码相机是Olymbus D340R型号的，1999年七月买的。然后，2000年七月，我买了一个Cannon powershot S100型号的（数码电泳涂铝）小型数码相机。虽然没有经常用我的扫描装置，尽管它能够拍出一个比3.3百万象素的数码相机更清晰的照片。

 

(作者：叶子编译 出处：PConline)